凸二次非球面反射鏡自準(zhǔn)法檢驗(yàn)

非球面頂點(diǎn)半徑和二次常數(shù)干涉測量是對二次曲面離軸子孔徑在弧矢、子午和中間焦點(diǎn)位置直接干涉測量,擬合得到初級像差系數(shù),并結(jié)合位置差計算出頂點(diǎn)曲率半徑和二次常數(shù)。詳細(xì)介紹了該方法的基本原理,在此基礎(chǔ)上將子孔徑中心法線與光軸夾角分解為兩個傾角分量α和β引入,改進(jìn)了現(xiàn)有模型。提出在子孔徑對稱情況下,可通過調(diào)整、控制特定項的澤尼克系數(shù)值,消除β分量,進(jìn)而對新的模型進(jìn)行了簡化,只考慮α分量的影響,給出了僅存在該分量時的非球面頂點(diǎn)半徑和二次常數(shù)的計算公式,編寫了仿真程序。在α=0.03°,β=0時,直徑100mm,f數(shù)為3的拋物面反射鏡離軸子孔徑的初級像差系數(shù)的理論計算和數(shù)值仿真結(jié)果最大偏差僅為0.0002λ。研究表明:在子孔徑中心法線與光軸的調(diào)整存在一定誤差時,在弧矢、子午和中間焦點(diǎn)處的初級像差系數(shù)特征關(guān)系仍然成立。

最近,日本的幾個雜志都紛紛報道了這樣一個消息,即松下電器產(chǎn)業(yè)的無線電研究所和住田光學(xué)玻璃制造廠,共同確立了超精密玻璃成形技術(shù),成功地研制了高性能雙面非球面玻璃鏡頭。從而看出各界對這項技術(shù)成果的極大重視。原來,袖珍唱盤(compacedisk)的拾音器鏡頭,由聚光鏡和物鏡組成,大部分用4～5

２０１３年１２月 第２４卷　第６期 照明工程學(xué)報 ｚｈａｏｍｉｎｇｇｏｎｇｃｈｅｎｇｘｕｅｂａｏ ｄｅｃ．?。玻埃保?ｖｏｌ暢２４?。睿飼常?基于不同高度ｌｅｄ泛光燈實(shí)現(xiàn)相同照明效果的 二次非球面透鏡設(shè)計 曹悅陽　金亨辰　郭凖燮 （國立順天大學(xué)印刷電子工程系，韓國順天?。担矗埃罚矗玻?摘　要：本文針對不同安裝高度的１５０ｗｌｅｄ泛光燈二次透鏡進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了在不改變燈具與ｌｅｄ光源條件下， 僅通過更換ｌｅｄ二次透鏡并調(diào)整安裝高度便可得到相同均勻的照明效果。使用光學(xué)設(shè)計軟件ｌｉｇｈｔｔｏｏｌｓ設(shè)計了發(fā)光 角度分別為６０°、９０°、１２０°的三款ｌｅｄ泛光燈的非球面透鏡，選取２０ｍ×２０ｍ的地面作為接收面，分別對發(fā)光角 度為６０°的泛光燈安裝高度在１２ｍ～２２ｍ，９０°的泛光燈安裝高度在１０ｍ～２０ｍ，以及１２０°的泛光燈安裝高度在８ｍ～ １８

在一般情況下,檢驗(yàn)凸球面都是用樣板,但是對于大口徑的凸球面來說,用樣板就存在許多缺點(diǎn).據(jù)此提出用零位補(bǔ)償法檢驗(yàn)大口徑凸球面的方法,有效地克服了樣板法的不足,可獲得較高的檢驗(yàn)精度;并以加工和檢驗(yàn)直徑300mm凸球面的具體實(shí)例進(jìn)行說明,同時給出這種檢驗(yàn)方法的設(shè)計結(jié)果

大口徑、大相對孔徑凸非球面鏡的加工一直都是很困難的。從三級像差理論出發(fā),設(shè)計出了離軸凸雙曲面反射鏡的null補(bǔ)償檢驗(yàn)系統(tǒng),克服了采用hindle球檢驗(yàn)口徑過大的問題。從設(shè)計的結(jié)果可以看出,凸雙曲面反射鏡的像差已經(jīng)得到了很好的校正,從而使檢驗(yàn)變得更加方便。

設(shè)計一種特殊的應(yīng)用于計算全息法(cgh)高精度檢測離軸凸非球面系統(tǒng)的照明系統(tǒng)。該照明系統(tǒng)一方面用作參考系統(tǒng),另一方面將檢測光近似垂直投射到待檢測鏡面上,使得檢測系統(tǒng)為近似共光路系統(tǒng),降低照明系統(tǒng)的制造精度。分析了照明系統(tǒng)的幾何光路模型,將復(fù)雜的兩用途系統(tǒng)簡化,得到照明系統(tǒng)工作距離、照明系統(tǒng)焦距以及參考面曲率半徑三個特征參量之間的關(guān)系。設(shè)計時,通過控制這幾個特征參量,得到滿足檢測要求的系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)。設(shè)計結(jié)果表明,該方法可以滿足系統(tǒng)使用要求。

在用刀口檢驗(yàn)凸雙曲面反射鏡時,一般采用傳統(tǒng)的hindle球檢測法,但是在許多儀器中,需要曲面反射鏡全口徑使用,因此,hindle球檢測法是不合適的。此外,在很多情況下,刀口到待檢非球面的距離很長,從而降低了刀口檢驗(yàn)精度。為了解決這些問題,結(jié)合口徑φ=120mm的凸雙曲面的檢測,在分析了傳統(tǒng)檢驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上,提出了有限距離球面波入射的凸非球面透射補(bǔ)償檢驗(yàn)方法。從設(shè)計結(jié)果上看,它縮短了刀口到待檢非球面的距離,獲得高精度補(bǔ)償。實(shí)踐表明,這種方法不僅能夠提高加工效率,而且提高了加工精度,實(shí)際加工完成后,這塊凸雙曲面的rms值達(dá)到了λ/60。

為使頭盔微光夜視鏡的重量更輕,同時保證其較好的成像性能,分析了光學(xué)塑料的特性及其加工,通過引入高次塑料非球面,設(shè)計了含有3個高次塑料非球面的6片式微光夜視物鏡。該物鏡具有大視場(40°)、小f數(shù)(f/1.25)、小畸變(1%)的特點(diǎn),光學(xué)傳遞函數(shù)在空間頻率40lp/mm時,軸上傳函≥0.6,軸外傳函≥0.4,滿足微光夜視物鏡成像要求。相對具有同樣性能的傳統(tǒng)物鏡系統(tǒng),總長41mm,為傳統(tǒng)物鏡的82.6%,重量13.3g,僅為傳統(tǒng)物鏡的32.7%。為頭盔式微光夜視系統(tǒng)減重設(shè)計提供了一個新的參考思路。

非球面玻璃模造鏡片制程技術(shù) 第一章：玻璃模造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 1-1模造塑料鏡片vs.模造玻璃鏡片 玻璃模造鏡片和塑料鏡片的差異-- 玻璃模造鏡片和塑料鏡片的差異在哪里呢？以光學(xué)系統(tǒng)的適用上來說，玻璃有多樣好處，例如玻璃本身耐 高溫，有較高的透光率、折射率，和抗?jié)穸?，玻璃材質(zhì)的穩(wěn)定度也比塑料來得好。但是，塑料也有其優(yōu)點(diǎn)， 因?yàn)樗淖冃瘟勘炔ＡТ?，可以作較大尺寸的光學(xué)鏡片；其次，在重量和價格上也比玻璃來得輕來得便宜。 因此，當(dāng)我們在選擇光學(xué)鏡片的時候，應(yīng)從不同的取向去判斷最符合需要的鏡片。 1-2傳統(tǒng)研磨玻璃鏡片vs.模造玻璃鏡片 傳統(tǒng)研磨玻璃鏡片和模造玻璃鏡片的比較-- 在講述玻璃模造技術(shù)之前，我們先了解一下它和傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃鏡片制作有什么不同。 傳統(tǒng)的玻璃鏡片制作技術(shù)需要經(jīng)過繁復(fù)的步驟，例如粗磨、細(xì)磨、拋光等，所花的時間相對的增多。然 而，模造光學(xué)鏡片的產(chǎn)生，只

由于不規(guī)則的外形,玻璃預(yù)制件的選擇直接影響異形非球面透鏡的成型。本文通過有限元法探討不同預(yù)制件對成型透鏡的影響,首先選擇了一個比較典型的異形非球面透鏡作為目標(biāo)透鏡,將球形玻璃和圓柱形玻璃作為預(yù)制件,采用高級非線性有限元程序msc.marc,仿真該異形非球面透鏡的成型過程。基于仿真,對比分析其成型性、殘余應(yīng)力、面形精度。結(jié)果表明,圓柱形玻璃預(yù)制件更適合成型異形非球面玻璃透鏡。

參數(shù)單位要求 工作波長nm1310 工作帶寬nm±40 反射率％70-50 溫度相關(guān)損耗 db ≤0.20 ≤0.10 光損傷閾值mw300 最大拉伸強(qiáng)度n5.0 工作溫度℃-40～+70 貯存溫度℃-55～+85 尾纖長度cm10 封裝尺寸mm裸纖 尾纖類型/125/250μm（普通單模光纖） 備注：溫度相關(guān)損耗是指工作溫度范圍內(nèi)，反射光功率的變化量。

構(gòu)建了一臺數(shù)字化刀口儀,利用該數(shù)字刀口儀對二次非球面光學(xué)元件進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn),獲得了非球面光學(xué)元件表面面形的均方根(rms)值和峰谷(pv)值。將數(shù)字刀口儀測量結(jié)果與干涉儀測量結(jié)果進(jìn)行比較,測量結(jié)果的一致性在0.001μm以內(nèi),驗(yàn)證了數(shù)字刀口儀定量檢測非球面光學(xué)元件的可行性以及所研究的數(shù)字刀口儀的準(zhǔn)確性。最后對測量結(jié)果進(jìn)行了討論。

針對常規(guī)全向反射鏡面設(shè)計方法對球形目標(biāo)會產(chǎn)生較大的形變和由于形變帶來的區(qū)域間顏色互相影響的問題,分析得到了控制球形目標(biāo)成像所需滿足的四個基本要求,進(jìn)而提出了一種控制球形目標(biāo)成像的全向反射鏡面設(shè)計方法。該方法利用具有凸型反射鏡面基本性質(zhì)的雙曲線面型作為反射鏡面的基本面型;以在單視點(diǎn)約束條件下所確定的目標(biāo)特征點(diǎn)與成像特征點(diǎn)間的關(guān)系為依據(jù),采用遺傳算法得到反射鏡面的面型參數(shù)。將該設(shè)計方法得到的反射鏡面與水平無畸變反射鏡面、錐型反射鏡面的效果進(jìn)行了比較,仿真與實(shí)際效果說明了設(shè)計方法的有效性。

基于朗奇(ronchi)檢驗(yàn)法和同步相位探測技術(shù),在點(diǎn)光源離軸情況下提出一種檢驗(yàn)非球面反射鏡的方法。該方法利用透射液晶顯示器(lcd)顯示垂直和水平兩個方向的正弦光柵,由攝像機(jī)記錄經(jīng)被測鏡面反射產(chǎn)生的光柵變形條紋圖,通過四步相移法獲得條紋圖的相位分布。由變形條紋和光柵的同名相位點(diǎn)確定被測鏡面每一點(diǎn)的橫向像差,對應(yīng)理想鏡面的橫向像差由幾何關(guān)系算出,通過兩鏡面對應(yīng)點(diǎn)的橫向像差之差獲得待測點(diǎn)面形偏差的梯度信息,對其積分恢復(fù)面形偏差,最后重建被測面形。檢測中光柵由計算機(jī)產(chǎn)生,可實(shí)現(xiàn)精確的相移,使垂直和水平光柵嚴(yán)格達(dá)到90°。采用預(yù)設(shè)標(biāo)記點(diǎn)來引導(dǎo)相位展開,有效地解決了變形條紋和光柵的相位對應(yīng)問題。模擬和實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了這一方法的可行性。

非球面玻璃鏡片四軸磨削加工的加工硬件和加工工藝都具有很強(qiáng)的專業(yè)性,因而產(chǎn)品的加工精度控制問題顯得十分突出。以玻璃鏡片精加工后表面粗糙度和面型精度為加工精度指標(biāo),對加工過程進(jìn)行了詳細(xì)分析,總結(jié)出誤差產(chǎn)生的原因以及各種誤差對加工結(jié)果的影響。結(jié)合對誤差數(shù)據(jù)的分析,給出了相應(yīng)的補(bǔ)加工解決方案,生成補(bǔ)加工軌跡。

利用非線性有限元軟件msc.marc,建立了微小非球面玻璃透鏡超精密模壓的有限元模型,并進(jìn)行了微小非球面玻璃透鏡模壓數(shù)值模擬分析.通過對比模擬出的不同加工參量下的成型透鏡和模具的殘余應(yīng)力分布結(jié)果,得出最優(yōu)的超精密模壓成型的模壓速率和模壓溫度范圍,并解釋了模壓速率和模壓溫度影響微小非球面玻璃透鏡成型質(zhì)量的原因.模擬可以對實(shí)際的大批量生產(chǎn)微小非球面玻璃透鏡提供有力的幫助.

針對玻璃鏡片模壓成型過程中無法獲得精確的內(nèi)部殘余應(yīng)力數(shù)據(jù),本文提出使用有限元方法分析內(nèi)應(yīng)力變化歷程及預(yù)測殘余應(yīng)力分布。該方法根據(jù)高溫下玻璃性質(zhì)近似于粘彈性材料,將五單元廣義maxwell模型的蠕變響應(yīng)并入有限元計算。采用高級非線性有限元程序msc.marc,分別對圓柱玻璃單軸壓縮和非球面透鏡模壓成型進(jìn)行了仿真,獲得了玻璃鏡片成型后的殘余應(yīng)力分布情況。在此基礎(chǔ)上,文章重點(diǎn)分析了溫度和模壓速度對合模后鏡片內(nèi)部殘余應(yīng)力分布的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,最大應(yīng)力出現(xiàn)在鏡片的邊緣區(qū)域;較低的溫度和較高的模壓速度都會增大最大殘余應(yīng)力值。

用于制造非對稱非球面反射鏡的精密金剛石車削機(jī)床的研制

根據(jù)三級像差理論,推導(dǎo)用彎月透鏡檢驗(yàn)凸雙曲面和凸拋物面的初始結(jié)構(gòu)參數(shù)計算公式,討論設(shè)計方法,給出設(shè)計實(shí)例

簡要介紹了應(yīng)用于凸拋物面反射鏡檢驗(yàn)的零位檢測法和亨德爾方法,詳細(xì)討論了如何把這兩種方法有機(jī)結(jié)合,對φ130mm凸拋物面進(jìn)行實(shí)際檢驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)將這兩種方法同時應(yīng)用于凸拋物面反射鏡的檢驗(yàn)中,可充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)一步地提高檢測精度

玻璃非球面零件的加工是目前光學(xué)零件加工技術(shù)中較為辣手的問題之一。本文根據(jù)零件加工中的一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，介紹玻璃非球面透鏡的數(shù)控加工方法，闡述加工過程的四大步驟以及檢測和修正辦法。為常規(guī)非球面零件的加工提供工藝技術(shù)支持。

針對傳統(tǒng)的基于球面顯微成像的光纖連接器端面檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和像差的問題,將制作工藝日趨成熟的非球面模壓玻璃透鏡引入到檢測系統(tǒng)中。介紹了非球面透鏡設(shè)計的基本原理和非球面光學(xué)玻璃透鏡模壓成型的基本工藝,分別設(shè)計了球面透鏡和非球面模壓透鏡檢測系統(tǒng),給出了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù),評價了系統(tǒng)的成像質(zhì)量。在系統(tǒng)分辨率相同的情況下,得到了結(jié)構(gòu)簡單、共軛距更短,有利于工程應(yīng)用的非球面檢測系統(tǒng)。給出了檢測系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖,并將非球面系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)和在線檢測中,達(dá)到了設(shè)計的要求。